JP3683780B2 - 熱交換方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼片加熱炉や鋼片熱処理炉などの炉から排出される高温の排ガスと、その炉に設置されたバーナの燃焼空気との間の熱交換方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
炉から排出される高温の排ガスから廃熱を回収し、バーナの燃焼空気を予熱するために、従来から回転再生式熱交換器が使用されている。この回転再生式熱交換器は、図１に示すようにセクタープレート２により２分割されたハウジング１の片側に排ガスを、他方に燃焼空気を流しながらこのハウジング１の内部でロータ３を回転させて熱交換を行わせるものである。
【０００３】
ロータ３には波板鋼鈑等よりなる蓄熱体４が設けられており、回転軸５と平行に多数の流路６が形成されている。蓄熱体は、排ガス側に回転したときに高温に加熱されて排熱回収を行い、燃焼空気側に回転したときに流路６内を流れる燃焼空気を加熱する。ロータ３は通常は１〜５ｒｐｍ程度の一定速度で連続回転される。この回転再生式熱交換器は、ロータ３の回転に伴うエントレインドリークやロータ３の外周からのサーカムリークをシールで防止することにより、効率のよい排熱回収設備となっている。
【０００４】
従来は回転再生式熱交換器の使用可能な温度は低かったのであるが、最近では高温の排ガスからの熱回収にも使用できるようになり、それに連れて燃焼空気の予熱温度が上昇し、その燃焼空気が供給されるバーナの燃焼温度も上昇している。その結果、ＮＯxの発生量が増加して環境基準を上回るようになりつつある。
【０００５】
そこで特開平６−３１３５０８号公報に示されるように、ロータ３の回転数を増加させることにより回転再生式熱交換器内部でのエントレインドリークを積極的に増やし、排ガスの一部を燃焼ガス側に移行させて酸素濃度を下げ、ＮＯx発生を抑制する排ガス循環技術が開発されている。この技術を用いれば、排ガスからの熱回収とＮＯx低減とを同時に行うことができる。
【０００６】
しかしこの公報記載の方法では、炉の最大出力時にもＮＯxの発生量を環境基準以下とすることができるよう、ロータ３の回転数を高めに設定しておく必要があり、そのために回転モータの負荷が大きくなって多くの電力を消費するという問題がある。また、常にロータ３を高速回転させているためにシール部が磨耗しやすく、頻繁に交換しなければならないという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、回転モータの負荷を軽減でき、シール部の磨耗を抑制でき、しかも排ガスからの熱回収とＮＯx低減とを同時に行うことができる熱交換方法を提供するためになされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明の熱交換方法は、排ガスにより燃焼空気を予熱する回転再生式熱交換器が設置されている炉から排出される排ガス中のＮＯx濃度を検出し、排ガス中のＮＯ x 濃度が環境基準を上回るおそれが生じた場合には、予め求められているロータの回転数とＮＯ x 低減率との関係に基づいて回 転再生式熱交換器のロータ回転数を３０ｒｐｍまでの範囲で高め、ＮＯx濃度が減少したとき回転再生式熱交換器のロータ回転数を５ｒｐｍ以下の低速域にまで低くすることを特徴とするものである。なお、炉としては鋼片加熱炉または鋼片熱処理炉を挙げることができる。
【０００９】
本発明によれば、回転再生式熱交換器が設置されている炉の排ガス中のＮＯx濃度を検出してフィードバックし、ＮＯx濃度に応じてロータの回転数制御を行うようにしたので、常時ロータの回転数を高めておく必要はない。従ってモータの負荷やシール部の磨耗を抑制できる。しかも排ガス中のＮＯx濃度が高まったときにはロータ回転数を高めて排ガス循環量を増加させ、ＮＯx低減を図ることが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図２において、１０は鋼片加熱炉または鋼片熱処理炉等の炉であり、１１はこの炉１０に設置されたバーナである。ブロワ１２から供給される燃焼空気は回転再生式熱交換器において炉１０から排出される高温の排ガスと熱交換され、バーナ１１に送られる。
【００１１】
ここで用いられる回転再生式熱交換器の構造は図１に示したものと同じであるが、ロータ３の回転モータ１３には回転数の制御器１４が接続されている。排ガス排出経路にはＮＯx濃度計測手段１５が設けられており、排ガス中のＮＯx濃度を検出する。この手段はＮＯx濃度計であっても、排ガス中のガス濃度（例えば酸素濃度）を検出してＮＯx濃度を演算するものであってもよい。
【００１２】
制御器１４はＮＯx濃度に応じてロータ3の回転数制御を行うことができるもので、ＮＯx濃度が環境基準を上回るおそれが生じるまで増加したとき、図３に示すように予め求められているロータの回転数とＮＯ x 低減率との関係に基づいてロータ回転数を３０ｒｐｍまでの範囲で高め、ＮＯx濃度が減少したときロータ回転数を低くするよう、ロータの回転数制御を行う。これにより排ガス中のＮＯx濃度が低いときにはロータ３の回転数を従来と同様に５ｒｐｍ以下の低速域に留め、排ガス中のＮＯx濃度が環境基準を上回るおそれが生じた場合にのみロータ回転数を高める。
【００１３】
このようにロータ３の回転数を高めると、ロータ３の内部において排ガスの一部が燃焼空気側に移行するエントレインドリークが発生し、バーナ１１に供給される燃焼空気中の酸素濃度が低下する。その結果ＮＯxの発生量が低下するので、制御器１４はロータ回転数を低くする。このようなフィードバック制御を行うことにより、ロータ３の回転数を無用に高めておく必要がなくなり、モータの負荷やシール部の磨耗を抑制できる。
【００１４】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示す。
鋼片加熱炉に回転再生式熱交換器を設置し、排ガスからの熱回収を行わせた。なお環境基準は、排ガスＮＯx濃度８０ｐｐｍである。回転再生式熱交換器の排ガス入側温度９００℃、予熱空気温度７００℃の条件とし、検出された排ガスの増加率に応じてロータの回転数を増加させるフィードバック制御を行った。なお図３にロータの回転数とＮＯx低減率との関係を示した。その結果、加熱期等にはＮＯx濃度が増加するためロータの回転数が一時的に３０ｒｐｍまで上昇することがあったが、それ以外の時間はロータの回転数が５ｒｐｍで排ガスＮＯx濃度が８０ｐｐｍとなった。
【００１５】
なお、ロータの回転数制御を行わない従来法の場合には、炉の加熱期等にも排ガス濃度が環境基準をクリヤできるように、常にロータを３０ｒｐｍで運転しなければならなかった。
【００１６】
その結果、従来はシール部の摩耗が著しくその交換を１年毎に行わねばならなかったが、本発明の方法ではシール部の摩耗が減少し、２年毎の交換で済むようになった。また平均的なモータ負荷も従来の半分に減少させることができた。
【００１７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば炉の排ガス中のＮＯx濃度を検出して、ロータの回転数のフィードバック制御を行うようにしたので、炉の最大負荷時に対応させて常時ロータの回転数を高めておく必要はなく、排ガス中のＮＯx濃度が高まったときにのみロータ回転数を高めて排ガス循環量を増加させ、ＮＯx低減を図ることが可能となる。従って従来に比較してモータの負荷やシール部の磨耗を抑制できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転再生式熱交換器の断面図例（ａ）及び平面図例（ｂ）である。
【図２】本発明の実施形態を示す系統図である。
【図３】実施例におけるロータ回転数とＮＯx低減率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ハウジング
２ セクタープレート
３ ロータ
４ 蓄熱体
５ 回転軸
６ 流路
１０ 炉
１１ バーナ
１２ ブロワ
１３ 回転モータ
１４ 回転数の制御器
１５ ＮＯx濃度計測手段
Claims (2)
- 排ガスにより燃焼空気を予熱する回転再生式熱交換器が設置されている炉から排出される排ガス中のＮＯx濃度を検出し、排ガス中のＮＯ x 濃度が環境基準を上回るおそれが生じた場合には、予め求められているロータの回転数とＮＯ x 低減率との関係に基づいて回転再生式熱交換器のロータ回転数を３０ｒｐｍまでの範囲で高め、ＮＯx濃度が減少したとき回転再生式熱交換器のロータ回転数を５ｒｐｍ以下の低速域にまで低くすることを特徴とする熱交換方法。
- 炉が鋼片加熱炉または鋼片熱処理炉である請求項１記載の熱交換方法。
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